第二节 食品高新技术 加工工艺 超高温杀菌(第一章)

1、1 第二节第二节 超高温杀菌超高温杀菌 l 超高温杀菌是达到这一理想效果的途径之一。 超高温杀菌最早用于乳品工业牛奶的杀菌作业。 大量实验表明，微生物对高温的敏感性远大于多 数食品成分对高温的敏感性。故超高温杀菌能在 很短时间内有效地杀死微生物，并较好地保持食 品应有的品质。因而目前广泛用于乳品、饮料和 发酵等行业。 l通常的超高温杀菌设备只适用于不含颗粒的物料 或所含颗粒的粒度小于lcm的物料的加热杀菌。 2 一、超高温杀菌的基本原理一、超高温杀菌的基本原理 l超高温杀菌(UHT)工艺和高温短时间杀菌(HTST)工艺的 最大差别是后者仍属于巴氏杀菌范畴，而超高温杀菌已 经达到商业无菌的要求。

2、超高温杀菌工艺最早在牛乳生 产中得到成功应用。 l关于超高温(UHT)杀菌，尚没有十分明确的定义。习惯 上，把加热温度为135150，加热时间为28s，加 热后产品达到商业无菌要求的杀菌过程称为UHT杀菌。 lUHT杀菌的理论基础涉及两个方面。一是微生物热致死 的基本原理；二是如何最大限度保持食品的原有风味及 品质。 3 （一）（一）UHT杀菌的微生物致死理论依杀菌的微生物致死理论依 据据 l按照微生物的一般热致死原理，当微生物在高于 其耐受温度的热环境中时，必然受到致命的伤害， 且这种伤害随着受热时间的延长而加剧，直至死 亡。微生物的热致死率是加热温度和受热时间的 函数。 4 微生物的耐热性

3、微生物的耐热性 l 菌种和菌株 l 热处理前菌龄、培育条件、贮存环境； l 热处理时介质或食品成分如酸度或pH； l 原始活菌数； l 热处理温度和时间，作为热杀菌，这是主导的 操作因素。 5 UHT杀菌效果杀菌效果 l通常，检验UHT杀菌效果(Sterizing Effect)可用某类微生 物的芽孢作为试验对象。 l厌氧微生物PA3679的孢子具有极高的的热力致死时间值 （达35），这种孢子用来检验各种超高温处理的效果无 疑是很有说服力的。PA3679细菌孢子在150时的热致 死速率（杀死90%PA3679孢子数所需时间）为0.285s， 处理后的孢子数减少到原先的1/1012，这无疑是极高

4、的 质量标准，此时所需处理的全部时间是0.285123.4s， l 如果时间进一步延长到4s，总孢子数就会减少到1 1014，因此，用超高温工艺在135高温处理34s时间 就有可能得到极为优质的超高温灭菌产品。 6 l超高温工艺杀菌效率的定义是以杀菌前后孢子数 的对数比来表示，以下式来表示为： l SElg(原始孢子数最终孢子数) 7 （二）（二）UHT杀菌的品质保证杀菌的品质保证 l大量实验表明，采用UHT瞬时杀菌技术也可最 大程度地保持食品的风味及品质。这主要是因为 微生物对高温的敏感程度远远大于食品成分的物 理化学变化对高温的敏感程度。 8 9 l图中实线为牛乳褐变的温时下限，虚线为灭菌

5、的温时下 限。从图中可以看出，若选择灭菌条件为110120， 1.520min；则两线之间间距甚近，说明生产工艺条件 要有十分严格的措施来维持，这在实际上很难办到。而 选择UHT灭菌条件137145，25s时，两线之间间 距较远，说明产生褐变及其他缺陷的危险性较小，生产 工艺条件较易控制。在这种杀菌条件下，产品的颜色、 风味、质构及营养等品质没有受到很大的损害。所以， 该技术比常规杀菌方法能更好地保存食品的品质及风味 10 二、超高温杀菌的方法二、超高温杀菌的方法 l超高温杀菌处理一般有两种方法，即直接加热法 和间接加热法。 l直接加热法是用蒸汽直接加热物料，接着是急剧 冷却，在闪蒸过程中将注

6、入的蒸汽蒸发，恢复物 料的原来组成。 l间接加热法是通过热交换器间接加热制品的过程。 同样，制品冷却也可间接通过各种冷却剂来实现。 加热介质包括过热蒸汽、热水和加压热水，而冷 却剂常见的是冷水或冰水。 11 （一）直接加热法（一）直接加热法 l直接加热法有喷射式和注入式两种型式. l喷射式是把蒸汽喷射到物料流体里。 l注入式则是把物料注入到热蒸汽环境中。 12 1喷射式一蒸汽喷射入制品中喷射式一蒸汽喷射入制品中 l喷射式超高温杀菌装置有不同的结构组成，如利 乐拉伐公司的真空瞬时加热杀菌装置，英国APV 公司的直接蒸汽喷射杀菌装置，美国彻里伯勒 尔公司的大气真空装置等。喷射式的杀菌装置 有真空瞬

7、时加热杀菌装置和直接喷射式杀菌器。 13 真空瞬时加热杀菌的效果真空瞬时加热杀菌的效果 l微生物的影响 l高温灭菌奶在37下培养10天以后的无菌率均达到100 l对含枯草杆菌孢子和在牛乳中最耐热的嗜热脂肪芽孢杆菌孢 子的牛奶在120140温度范围下处理后，将全部样品在 不同的温度下培养7天，能够检出的最少孢子数为0.0004个 mL。 l在温度为135、时间为4s时都能达到这个最低数值。 l因此，一般情况下可认为杀菌温度135是非常可靠的，而 真空瞬时加热杀菌法采用的处理温度为140，其安全系数 更大。 14 营养成分的影响营养成分的影响 l超高温杀菌处理前后牛乳pH值的变化却不大。 l真空瞬

8、时加热杀菌温度和时间对于物料的稳定性也有影 响，就灭菌牛乳而言，77组试验所得沉淀量平均在0.37 和0.66LmL之间，平均约0.5LmL，这一数量的 沉淀是微不足道的。 l经真空瞬时加热杀菌的牛乳以19.6MPa、60的均质压 力和均质温度能够使乳脂肪的稳定于乳浆中。 l在140下保持24s的超高温杀菌牛乳的风味较为理想， l在较低温度(5和20)下，贮存期间的风味变化不大。 l真空瞬时加热杀菌对维生素的分解作用不明显，不大于 一般高温短时巴氏杀菌的效果。 15 2注入式注入式制品注入蒸汽中制品注入蒸汽中 l与蒸汽喷射式不同，注入式是将物料注入到充满 过热蒸汽的加热器中，由蒸汽瞬间加热到杀

9、菌温 度而完成杀菌过程。冷却方法与蒸汽喷射法相似， 也是在真空罐中通过膨胀来实现的。 16 （二）间接加热法（二）间接加热法 1片式热交换器 l 间接加热法可以采用比直接加热法更高的温度， 使用更短时间的工艺来处理制品。该方法首先必 须解决的是一般片式热交换器使用的密封垫圈不 能承受如此高压的问题。至1950年，APV公司 成功推出了第一套间接加热的超自动控制装置。 在APV装置中经136保温2s的灭菌牛乳中无存 活的细菌和耐热孢子。 17 2环形管式加热器环形管式加热器 l环形管式加热器与其他超高温杀菌器相比具有下列特点： l加热器、冷却器和保温器均以无缝环形不锈钢管制成， 没有密封圈和死角，可以承受特别高的压力； l高压泵是惟一的功率强大动力，能够使物料通过预热 器、加热器、交流换热器、冷却器，并最后输送到灌装 器，因而减少了灭菌产品再染菌的可能性； l均质机有五只阀，分为两部分，在加热器之前的压力 高达24.5MPa，加热器之后的压力在0.55MPa之间， 以防止物料在高温下沸腾； l强烈的湍流保证了制品的均匀处理和较长的运行周期。 18 3刮面式加热器刮面式加热器 l如果待杀菌的物料黏度太大或流动太慢，或者容 易在加热器表面生成焦化膜，不